La tercera ecuación fundamental de la física clásica, que podría considerarse esencial, es la ecuación de conservación del momento o impulso.
En otras palabras, la suma de los momentos de los objetos antes de un evento (como una colisión) es igual a la suma de los momentos después del evento, siempre que no actúe ninguna fuerza externa.
Esta ley es particularmente útil en el estudio de colisiones (elásticas e inelásticas) y explosiones. Por ejemplo, si dos objetos colisionan, la conservación del momento permite calcular las velocidades finales de los objetos después del impacto, siempre que se conozcan sus masas y velocidades iniciales.
p = mv
• p es el momento o impulso del objeto, expresado en kilogramos metros por segundo (kg·m/s),
• m es la masa del objeto, en kilogramos (kg),
• v es la velocidad del objeto, en metros por segundo (m/s).
Consideremos dos objetos con masas m1 y m2 moviéndose con velocidades iniciales v1 y v2. Después de la colisión, sus velocidades son v'1 y v'2.
La conservación del momento nos dice: m1 v1 + m2 v2 = m1 v'1 + m2 v'2
La energía cinética total del sistema se conserva antes y después de la colisión.
Esta ecuación, combinada con la energía cinética si la colisión es elástica, permite determinar las velocidades de los dos objetos después del impacto.
La velocidad es una magnitud vectorial porque describe no solo la rapidez con la que se mueve un objeto, sino también la dirección en la que se mueve. Esto es esencial para describir el movimiento completo de un objeto en un espacio tridimensional.
Dado que la velocidad ($ \vec{v} $) es una magnitud vectorial, el momento ($ \vec{p} $) también debe ser un vector. La dirección y la magnitud de p están determinadas por las de v.
Las colisiones son interacciones en las que dos o más objetos entran en contacto e intercambian energía y momento. Se distinguen principalmente dos tipos de colisiones en función de la conservación de la energía cinética: colisiones elásticas y colisiones inelásticas.
En una colisión elástica, la energía cinética total del sistema se conserva antes y después de la colisión. Esto significa que la energía cinética total de los objetos involucrados en la colisión permanece constante, aunque la energía puede redistribuirse entre los objetos en forma de movimientos y velocidades diferentes.
Ejemplos: Colisiones entre bolas de billar o colisiones entre partículas en un gas.
En una colisión inelástica, la energía cinética total no se conserva. Parte de la energía cinética se transforma en otras formas de energía, como energía térmica, sonora o energía de deformación. Los objetos pueden deformarse, calentarse o producir ruido.
Ejemplos: Colisión entre vehículos en un accidente de coche donde los coches se deforman y calientan, o el impacto de una pelota de tenis contra una pared donde la pelota cambia de forma.
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